CN111722108A - 马达失真测量方法及设备、计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种马达失真测量方法及设备、计算机可读存储介质，该测量方法包括：采集马达的加速度信号，加速度信号包括在第一方向上的第一加速度信号及第二方向上的第二加速度信号，第一方向为马达的振动方向，第二方向与第一方向相互垂直；根据第一加速度信号及第二加速度信号分别计算得到第一加速度能量及第二加速度能量；获取预设等振感加速度加权曲线；根据第一加速度能量、第二加速度能量及预设等振感加速度加权曲线计算得到马达的失真度。通过上述方式，本发明能够更好的反映在体验层面马达的失真大小。

Description

马达失真测量方法及设备、计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及电机驱动技术领域，特别是涉及一种马达失真测量方法及设备、计算机可读存储介质。

背景技术

科技日益发展的今天，视听等感官已难以满足人们的需求，触觉反馈作为一种直接感受逐渐进入大众视野。以马达为载体的触觉致动器，通过设计其特定波形，可以获得定制化的触觉体验，极大程度地丰富了用户感知。为了获得丰富且纯净的体验效果，希望马达能够工作在失真相对较小的频率区间。如此，对马达的失真测试变得越来越重要，这为设计师进行效果设计提供了客观的数值参考。通常，一般采用总谐波失真(THD)来描述马达的失真，其表示所有(或者大部分)高阶谐波失真占据信号能量的百分比。

传统的马达失真测量方法与声学里面测量失真的方法类似，即对系统进行单一频率信号的激励，系统的非线性会产生高次谐波(即该频率信号的倍频分量)，通过高阶和基频的能量比，来表示这个频率对应的THD；再遍历不同的频率点，直到把所有感兴趣频率点的失真测试完成。对于频率为f的单频激励，THD的计算公式如下：

其中，P(f)表示输出信号的频谱。

对于马达这种触觉反馈器件，与传统声学不同的是，它是通过振动来向皮肤传递位移信息。对于线性马达(LRA)，通常选用的是马达振子振动方向的加速度作为THD计算的数据。需要注意的是，由于受到磁路对称性和结构的影响，振子除了在其振动方向(如X轴)有明显的位移之外，在其他振动方向(如Y轴和Z轴)也可能有对触觉体验有贡献。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种马达失真测量方法及设备、计算机可读存储介质，能够更好的反映在体验层面马达的失真大小。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种马达失真测量方法，所述测量方法包括：采集所述马达的加速度信号，所述加速度信号包括在第一方向上的第一加速度信号及第二方向上的第二加速度信号，所述第一方向为所述马达的振动方向，所述第二方向与所述第一方向相互垂直；根据所述第一加速度信号及所述第二加速度信号分别计算得到第一加速度能量及第二加速度能量；获取预设等振感加速度加权曲线；根据所述第一加速度能量、所述第二加速度能量及所述预设等振感加速度加权曲线计算得到所述马达的失真度。

其中，所述根据所述第一加速度能量、所述第二加速度能量及所述预设等振感加速度加权曲线计算得到所述马达的失真度的步骤包括：根据所述第一加速度能量、所述第二加速度能量及所述预设等振感加速度加权曲线计算所述马达的振动量；判断所述振动量是否大于阈值；若是，则根据所述第一加速度能量、所述第二加速度能量及预设等振感加速度加权曲线计算高阶谐波失真量；根据所述振动量及所述高阶谐波失真量计算所述马达的失真度。

其中，所述振动量的计算公式为：

所述高阶谐波失真量的计算公式为：

所述失真度的计算公式为：

其中，Px(f)表示第一加速度能量，Py(f)表示第二加速度能量，SL(f)表示等振感加速度加权曲线。

其中，所述判断所述振动量是否大于阈值的步骤之后还包括：若所述振动量小于或等于阈值，则确定所述马达的失真度为零。

其中，所述根据所述第一加速度信号及所述第二加速度信号分别计算得到第一加速度能量及第二加速度能量的步骤包括：分别对所述第一加速度信号及所述第二加速度信号进行傅里叶变换，以得到第一加速度频域及第二加速度频域；分别根据所述第一加速度频域及所述第二加速度频域计算得出第一频谱能量绝对值及第二频谱能量绝对值；根据所述第一频谱能量绝对值及第二频谱能量绝对值计算得出所述第一加速度能量及第二加速度能量。

其中，所述第一加速度能量及第二加速度能量分别为：

P_x(f)＝abs(X(f))^2；

P_y(f)＝abs(Y(f))^2；

其中，abs(X)表示第一加速度信号的频谱能量，abs(Y)表示第二加速度信号的频谱能量，f为加速度信号频域中的频率点。

其中，所述获取预设等振感加速度加权曲线的方法包括：将人体最小感知灵敏度曲线进行倒置，以得到等振感位移加权曲线；根据所述等振感位移加权曲线得到所述等振感加速度加权曲线。

其中，所述加速度信号还包括在第三方向上的第三加速度信号，所述第三方向分别与所述第一方向及所述第二方向垂直；所述根据所述第一加速度信号及所述第二加速度信号分别计算得到第一加速度能量及第二加速度能量的步骤还包括：根据所述第三加速度信号计算得到第三加速度能量，所述第三加速度能量为：

p_z(f)＝abs(Z(f))^2

其中，abs(Z)表示第三加速度信号的频谱能量；所述振动量的计算公式为：

所述高阶谐波失真量的计算公式为：

所述失真度的计算公式为：

其中，Pz(f)表示第三加速度能量。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种马达失真测量设备，所述测量包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器耦合所述存储器，所述处理器在工作时执行所述计算机指令以实现如上述任一项所述的测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现上述任一项所述的测量方法。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种马达失真测量方法及设备、计算机可读存储介质，通过引入除马达振动方向外的加速度信号作为样本参考以及引入体验加权曲线，让失真结果和实际体验更加接近，如此能够更好的反映在体验层面马达的失真大小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1是本发明马达失真测量方法一实施方式的流程示意图；

图2是本发明图1中步骤S200一实施方式的流程示意图‘

图3是本发明图1中步骤S300一实施方式的流程示意图；

图4是本发明实施例中人体最小感知灵敏度曲线一实施方式的示意图；

图5是本发明等振感位移加权曲线一实施方式的示意图；

图6是本发明等振感加速度加权曲线一实施方式的示意图；

图7是本发明图1中步骤S400一实施方式的流程示意图；

图8是本发明马达失真测量的硬件系统示意图；

图9是本申请提供的马达失真测量设备实施例的示意框图；

图10是本申请提供的计算机可读存储介质实施例的示意框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明马达失真测量方法一实施方式的流程示意图，如图1，本发明提供的马达失真测量方法包括如下步骤：

S100，采集马达的加速度信号，加速度信号包括在第一方向上的第一加速度信号及第二方向上的第二加速度信号，第一方向为马达的振动方向，第二方向与第一方向相互垂直。

可选地，本发明提供的马达失真测量方法和传统的计算方法不同之处在于，本发明马达加速度信号的选择除了马达振动方向上的加速度数据之外，其他方向的加速度信号也作为样本参考参与计算，具体描述如下：

本发明的第一实施方式中，所采集到的马达加速度信号包括第一方向上的第一加速度信号及第二方向上的第二加速度信号。其中，第一方向为所述马达的振动方向，第二方向与第一方向相互垂直。可选地，本实施例中第一方向为X轴方向、第二方向为Y轴方向。

在本发明的第二实施方式中，所采集到的马达加速度信号还可以包括三个正交方向上的加速度信号，由于触觉反馈是接触式的，如此人手能够感知三个正交方向振动。

具体地，本发明中还可以采用三轴加速度采集的马达三个方向上的加速度信号，具体可以包括第一方向上的第一加速度信号、第二方向上的第二加速度信号以及第三方向上的第三加速度信号。其中，第一方向为所述马达的振动方向，所述第一方向、第二方向以及第三方向正交垂直。可选地，第一方向为X轴方向、第二方向为Y轴方向，第三方向为Z轴方向。

S200，根据第一加速度信号及第二加速度信号分别计算得到第一加速度能量及第二加速度能量。

请进一步结合图2，图2为本发明步骤S200一实施方式的流程示意图，如图2步骤S200进一步包括入下子步骤：

S210，分别对第一加速度信号及第二加速度信号进行傅里叶变换，以得到第一加速度频域及第二加速度频域。

可选地，结合步骤S100的第一实施方式，对于频率为f的单频信号来说，分别对第一加速度信号及第二加速度信号进行傅里叶变换得到和分别和所述第一加速度信号及第二加速度信号对应的第一加速度频域及第二加速度频域，其中，第一方向上(X方向)的第一加速度频域为：

X＝fft(x)

第二加速度频域为：

Y＝fft(y)；

可选地，对于步骤S100的第二实施方式来说，需要分别对三个方向的加速度信号进行傅里叶变化，以此得到三个方向的加速度频域，其中第一方向和第二方向的加速度频率和第一实施方式相同，第三方向的第三加速度进行傅里叶变换后得到的第三加速度频域为：

Z＝fft(z)。

S220，分别根据第一加速度频域及第二加速度频域计算得出第一频谱能量绝对值及第二频谱能量绝对值。

进一步，根据第一加速度频域X及第二加速度频域Y计算得出第一频谱能量绝对值及第二频谱能量绝对值。

对于步骤S100的第二实施方式来说，还进一步包括根据第三加速度频域Z计算得出第三频谱能量绝对值。

S230，根据第一频谱能量绝对值及第二频谱能量绝对值计算得出第一加速度能量及第二加速度能量。

具体地，第一实施方式中根据第一频谱能量绝对值及第二频谱能量绝对值计算得出第一加速度能量及第二加速度能量。可选地，本发明中分别取第一加速度信号的频谱能量abs(X)及第二加速度信号的频谱能量abs(Y)在频率点f的能量值作为第一加速度能量及第二加速度能量，且第一加速度能量及第二加速度能量分别为：

P_x(f)＝abs(X(f))^2；

P_y(f)＝abs(Y(f))^2；

同理，对于第三加速度能量其计算公式和第一加速度能量以及第二加速度能量的计算类似，取第三加速度信号的频谱能量abs(Z)在频率点f的能量值作为第三加速度能量，且其表达式为：

P_z(f)＝abs(Z(f))^2。

S300，获取预设等振感加速度加权曲线。

请进一步结合图3，图3为本发明步骤S300一实施方式的流程示意图，如图3步骤S300进一步包括如下子步骤：

S310，将人体最小感知灵敏度曲线进行倒置，以得到等振感位移加权曲线。

请进一步结合图4，图4为本发明实施例中人体最小感知灵敏度曲线一实施方式的示意图，如图4以频率为80Hz为例，其位移为1um。对于频率在80Hz以下的频率点，则需要更大的位移才能够得到相同的手感，对于频率在80Hz以上的频率点，则需要更小的位移才能够得到相同的手感。如此，可以将图4中的人体最小感知灵敏度曲线进行导致得到等振感位移加权曲线。如图5，图5为本发明等振感位移加权曲线一实施方式的示意图。

S320，根据等振感位移加权曲线得到等振感加速度加权曲线。

可以理解的是，对于单频信号来说其加速度和位移满足：

其中，x表示位移，acc为加速度，w表示单频频率。如此，通过单频信号的加速度和位移的关系可以得到等振感加速度加权曲线。如图6，图6为本发明等振感加速度加权曲线一实施方式的示意图。

S400，根据第一加速度能量、第二加速度能量及预设等振感加速度加权曲线计算得到所述马达的失真度。

请进一步结合图7，图7为本发明步骤S400一实施方式的流程示意图，如图7步骤S400进一步包括如下子步骤：

S410，根据第一加速度能量、第二加速度能量及预设等振感加速度加权曲线计算马达的振动量。

可选地，对于采集到马达加速度信号仅为第一方向和第二方向时，所述马达振动量的计算公式为：

其中，SL(f)表示预设等振感加速度加权曲线，Px(f)表示第一加速度能量，Py(f)表示第二加速度能量。

对于采集到马达加速度信号仅为第一方向、第二方向以及第三方向时，所述马达振动量的计算公式为：

SL(f)表示预设等振感加速度加权曲线，Px(f)表示第一加速度能量，Py(f)表示第二加速度能量，Pz(f)表示第三加速度能量。

S420，判断振动量是否大于阈值。

可选地，本发明实施例中引入振动量阈值，即最低体验门限，如此可以让相对的失真THD数值也能够反映一定体验门限之上的失真，具体有，若判断：

或者：

则进入步骤S430，计算计算高阶谐波失真量，反之则进入步骤S450。其中，TH表征的是人手的最低敏感加速度值，且振动量的阈值选取可以根据实际情况进行选择，此处不做具体限定。

可以理解的是，本发明中除了引入除马达振动方向外的加速度信号作为样本参考以及引入体验加权曲线外，还引入最低体验门限，让相对的THD数值也能够反映一定体验门限之上的失真，如此能够更好的反映在体验层面马达的失真大小。

S430，根据第一加速度能量、第二加速度能量及预设等振感加速度加权曲线计算高阶谐波失真量。

进一步，根据预设等振感加速度加权曲线SL(f)、第一加速度能量Px(f)以及第二加速度能量Py(f)，可以得到高阶谐波失真量，其表达式为：

可选地，根据预设等振感加速度加权曲线SL(f)、第一加速度能量Px(f)、第二加速度能量Py(f)以及第三加速度能量Pz(f)，可以得到高阶谐波失真量，其表达式为：

S440，根据振动量及高阶谐波失真量计算马达的失真度。

可选地，根据振动量及高阶谐波失真量可以得到马达的失真度，对于采集马达两个方向的加速度信号的情况来说，马达的失真度为：

同理，对于采集到马达加速度信号仅为第一方向、第二方向以及第三方向的情况来说，马达的失真度为：

S450，确定马达的失真度为零。

反之，若判断：

或者：

则确定马达的失真度为0。

上述实施方式中，通过引入除马达振动方向外的加速度信号作为样本参考以及引入体验加权曲线，让失真结果和实际体验更加接近，如此能够更好的反映在体验层面马达的失真大小。

进一步结合图8，图8为本发明马达失真测量的硬件系统示意图，如图8，该测量的硬件系统包括马达、工装、海绵体、电脑、采集卡、放大器以及加速度计，其中，加速度计可以为三轴加速度计。其中，具体实现原理为：

马达(LRA)和工装粘性贴合，且工装放置在海绵体上以避免环境对测量结果的影响。三轴加速度计ACC测量工装在马达LRA振动方向上的加速度，也可以测量到另外两个方向的加速度。

电脑PC上生成的数字信号送入到采集卡进行数模转换成模拟信号，并通过放大器AMP2进行放大以激励马达LRA，马达LRA的振动会带动工装反向振动，并通过三轴加速度计ACC采集并放大，采集卡NI-DAQ同步采集测量振动方向上的加速度和激励马达的电压信号用于数据分析。

参阅图9，图9是本申请提供的马达失真测量设备实施例的示意框图，本实施例中的计算机设备包括处理器310及存储器320，处理器310与存储器320耦合，存储器320存储有计算机指令，处理器310在工作时执行计算机指令以实现上述任一实施例中的测量方法。

其中，处理器310还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器310可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器310还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器，但不仅限于此。

参阅图10，图10是本申请提供的计算机可读存储介质实施例的示意框图，本实施例中的计算机可读存储介质存储有计算机程序410，该计算机程序410能够被处理器执行以实现上述任一实施例中的测量方法。

可选的，该可读存储介质可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。

区别于现有技术，本发明实施例提供一种马达失真测量方法及设备、计算机可读存储介质，通过引入除马达振动方向外的加速度信号作为样本参考以及引入体验加权曲线，让失真结果和实际体验更加接近，如此能够更好的反映在体验层面马达的失真大小。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种马达失真测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

采集所述马达的加速度信号，所述加速度信号包括在第一方向上的第一加速度信号及第二方向上的第二加速度信号，所述第一方向为所述马达的振动方向，所述第二方向与所述第一方向相互垂直；

根据所述第一加速度信号及所述第二加速度信号分别计算得到第一加速度能量及第二加速度能量；

获取预设等振感加速度加权曲线；

根据所述第一加速度能量、所述第二加速度能量及所述预设等振感加速度加权曲线计算得到所述马达的失真度。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述第一加速度能量、所述第二加速度能量及所述预设等振感加速度加权曲线计算得到所述马达的失真度的步骤包括：

根据所述第一加速度能量、所述第二加速度能量及所述预设等振感加速度加权曲线计算所述马达的振动量；

判断所述振动量是否大于阈值；

若是，则根据所述第一加速度能量、所述第二加速度能量及预设等振感加速度加权曲线计算高阶谐波失真量；

根据所述振动量及所述高阶谐波失真量计算所述马达的失真度。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，

所述振动量的计算公式为：

所述高阶谐波失真量的计算公式为：

所述失真度的计算公式为：

其中，Px(f)表示第一加速度能量，Py(f)表示第二加速度能量，SL(f)表示等振感加速度加权曲线。

4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述判断所述振动量是否大于阈值的步骤之后还包括：

若所述振动量小于或等于阈值，则确定所述马达的失真度为零。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述第一加速度信号及所述第二加速度信号分别计算得到第一加速度能量及第二加速度能量的步骤包括：

分别对所述第一加速度信号及所述第二加速度信号进行傅里叶变换，以得到第一加速度频域及第二加速度频域；

分别根据所述第一加速度频域及所述第二加速度频域计算得出第一频谱能量绝对值及第二频谱能量绝对值；

根据所述第一频谱能量绝对值及所述第二频谱能量绝对值计算得出所述第一加速度能量及所述第二加速度能量。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述第一加速度能量及第二加速度能量分别为：

P_x(f)＝abs(X(f))^2；

P_y(f)＝abs(Y(f))^2；

其中，abs(X)表示第一加速度信号的频谱能量，abs(Y)表示第二加速度信号的频谱能量，f为加速度信号频域中的频率点。

7.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述获取预设等振感加速度加权曲线的方法包括：

将人体最小感知灵敏度曲线进行倒置，以得到等振感位移加权曲线；

根据所述等振感位移加权曲线得到所述等振感加速度加权曲线。

8.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述加速度信号还包括在第三方向上的第三加速度信号，所述第三方向分别与所述第一方向及所述第二方向垂直；

所述根据所述第一加速度信号及所述第二加速度信号分别计算得到第一加速度能量及第二加速度能量的步骤还包括：

根据所述第三加速度信号计算得到第三加速度能量，所述第三加速度能量为：

P_z(f)＝abs(Z(f))^2

其中，abs(Z)表示第三加速度信号的频谱能量；

所述振动量的计算公式为：

所述高阶谐波失真量的计算公式为：

所述失真度的计算公式为：

其中，Pz(f)表示第三加速度能量。

9.一种马达失真测量设备，其特征在于，所述测量包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器耦合所述存储器，所述处理器在工作时执行所述计算机指令以实现如权利要求1～8任一项所述的测量方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1～8任一项所述的测量方法。

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